高效动员下基于氧化石墨烯及壳聚糖凝胶微球双重可控释放系统的新型自血管化骨修复支架

The limited of vascularization is one of the biggest obstacles in tissue engineering. How to accelerate the vascularization of implants and accelerate the reconstruction of blood supply is the key to the application of bone repair scaffold materials. According to our previous research, a new self-vascularized bone repair scaffold was designed based on the dual controllable release system of the oxidized graphene and chitosan microspheres. The scaffold was used to capture mesenchymal stem cells and vascular endothelial progenitor cells to achieve self-vascularization. The scaffold was designed with a vascular system which simulates the vascular system of the bone unit. And it has a vascular network system similar to that of the haversian vascular system and the Volkmann vascular system. The scaffold is based on the principle of in-situ tissue engineering, and the dual release system which can achieve the controllable dual release of cytokines, is constructed by using oxidized graphene and chitosan gel microspheres. Combined with materials and cytokines, it can achieve the targeted cell recruitment and transformation.The technique of effective mobilization of cells is the basis for the cell recruitment and tissue repair. This study will systematically study the external biological properties of the new scaffold materials and the effect of repairing bone defects, providing new ideas and theoretical basis for clinical treatment of bone defects in the future.

现有的组织工程骨在体内血管化程度有限，是阻碍组织工程骨应用的最大障碍之一。如何加速植入物的血管化，加快重建血供是骨修复支架材料走向应用的关键环节。根据我们前期研究，设计一种基于氧化石墨烯及壳聚糖凝胶微球双重可控释放系统的新型自血管化骨修复支架。该型支架通过募集捕获间充质干细胞和血管内皮祖细胞以达到自血管化目的。支架内部设计有血管系统，该血管系统模拟骨单位结构的血管系统，并有类似哈弗血管系统及Volkmann血管系统的血管网系统。同时该支架采用原位组织工程原理，利用氧化石墨烯及壳聚糖凝胶微球构建的双重释放系统，达到细胞因子的“可控双重释放”作用，结合材料及细胞因子双重作用，达到细胞募集及骨和血管的定向转化。掌握的高效动员细胞所需技术为支架材料细胞募集及组织修复提供了基础。本研究将系统地研究该新型支架材料的体内外生物学性能及修复骨缺损的效果，为以后临床治疗骨缺损提供新的思路及理论依据。

骨缺损在临床上比较常见，不仅给患者带来了巨大的痛苦，也给家庭和社会带来了沉重的经济负担，是临床医生面临的一个重大挑战。以细胞生物学、生物材料科学、医学为基础发展而来的组织工程技术为临床骨缺损的治疗提供了一种新的思路。支架材料作为组织工程骨修复的重要因素，在构建组织工程骨修复材料用于骨缺损修复的过程中起着十分重要的作用。生物支架内部结构复杂性、支架材料形状的个体性、支架内部孔隙大小以及通联性等方面在调节局部募集而来的功能细胞的生物学行为起着至关主要的作用。本项目立足于骨缺损治疗的临床难题，通过长期研究成功构建出了一种新型骨缺损修复支架用于骨缺损的再生修复。该生物支架材料充分模拟骨组织的微观结构，细胞可以在支架材料上良好的粘附、存活和增殖，诱导支架上的细胞表达成骨相关蛋白基因。将该支架植入体内之后，可见明显的新生骨形成，骨胶原纤维成同心圆排列，骨陷窝分步其中。该新型生物支架充分利用自身特性与机体相互作用，分别通过募集干细胞至缺损部位，调节功能细胞进行组织修复，重建生物支架内部网络，调节局部骨免疫微环境，最终实现骨缺损的原位再生修复。原位组织工程修复是现在国际研究的热点，我国目前也越来越重视相关方向的研究，推动并加快生物活性材料从实验室走向临床应用一直是组织工程研究学者们共同的努力方向。通过本项目系统地研究新型骨修复支架的生物学性能以及大段骨缺损的治疗效果，为以后临床治疗大段骨缺损提供新的思路及理论依据。基于本研究获得成果，我们可以成功获得一种新型骨修复材料用于原位长骨再生修复，通过后续专利的获取可以推动其进一步产业化，为临床上备受骨缺损折磨的患者提供一种新的治疗选择。